Основные теоретические сведения. Трансформатором называют статическое электромагнитное устройство, служа-щее для преобразования электрической энергии перемен­ного тока одного напряжения в

Трансформатором называют статическое электромагнитное устройство, служа-щее для преобразования электрической энергии перемен­ного тока одного напряжения в электрическую энергию переменного тока другого напряжения при той же частоте. Трансформаторы широко применяются в технике, промышленности и в быту. В зави-симости от назначения, конструкции и числа фаз трансформаторы бывают сило­вые, сварочные, измерительные, стержневые, броневые, однофазные, трехфазные, сухие и с масляным охлаждением.

Трансформатор устроен следующим образом.

Сердечник трансформатора (магнитопровод) набирается из от­дельных, изоли-рованных друг от друга пластин трансформаторной стали. На сердечнике распо-лагаются две обмотки (катушки). Одна, к которой подводится напряжение, называется первичной и имеет число витков , вторая, с которой снимается напряжение, называ­ется вторичной и имеет число витков .

Переменное напряжение, подведенное к первичной обмотке, вызывает появ-ление в ней тока, который создает переменный магнит­ный поток. Магнитный поток, замыкаясь по сердечнику (магнитопроводу), индуцирует в первичной и вторичной обмотках электродви­жущие силы, действующее значение которых равны

; .

Основным параметром трансформатора является коэффициент трансформации

,

где – напряжение на выходе вторичной обмотки при холостом ходе трансформатора.

Как видно из приведенных формул, если трансформатор повышающий, т.е. > , то коэффициент трансформации меньше единицы. Если трансформатор понижающий, т.е. < , то коэффициент трансформации больше единицы. Согласно ГОСТу на паспорте трансформатора указывается не коэффициент трансформации, а отношение высшего напряжения к низшему.

При холостом ходе трансформатора его магнитный поток создается намагни-чивающей силой первичной обмотки и является величиной постоянной. При работе трансформатора каждая из его обмоток создает свою намагничивающую силу, причем намагни­чивающая сила вторичной обмотки будет направлена навстречу намаг­ничивающей силе первичной обмотки (правило Ленца)

или .

Магнитный поток, созданный намагничивающей силой вто­ричной обмотки, размагничивает трансформатор.

Как известно, магнитный поток трансформатора является величиной постоян­ной. Поэтому намагничивающая сила первичной обмотки должна скомпенсировать размагничивающую магнитодвижущую силу вторичной обмотки. Следовательно, при увеличении тока во вторичной обмотке трансформатора, дол­жен увеличиваться ток в первичной обмотке настоль­ко, насколько нужно для поддержания суммарной намаг-ничивающей силы тран­сформатора постоянной.

По мере нагрузки трансформатора происходит уменьшение напряжения на вто-ричной обмотке. Это снижение напряжения может быть определено двумя способа-ми: непосредственным измерением и расчетным.

Непосредственный метод

,

где – напряжение на вторичной обмотке трансформатора при отсутствии тока в ней;

– напряжение на вторичной обмотке трансформатора при номинальном токе

нагрузки.

Расчетный метод

,

где – активная составлявшая относительного напряжения короткого замыкания;

– реактивная составляющая относительного напряжения короткого замыка-

ния;

– коэффициент нагрузки трансформатора.

Свойства трансформатора определяются его параметрами и характеристиками. Основные из них приведены ниже.

Внешняя характеристика трансформатора – зависимость напряжения на вторичной обмотке трансформатора от величины тока нагрузки, при постоянном значении напряжения на первичной обмотке и постоянном значении коэффициента мощности во вторичной цепи, т.е. при ; .

Важной характеристикой трансформатора является его коэффициент полезного действия (к.п.д.)

.

Как видно из приведенной формулы, к.п.д. трансформатора можно определить двумя способами:

а) методом непосредственного измерения полезной и потребляемой мощности;

б) расчетным, зная одну из мощностей трансформатора и сумму потерь в нем.

Первый способ применяют при испытании маломощных трансформаторов, так как в этом случае нет затруднений с нагрузкой трансформатора реостатами.

В мощных трансформаторах определяют сумму потерь мощности, а потом производят расчет к.п.д. В трансформаторе различают два вида потерь – потери в стали и потери на нагрев обмоток трансформатора – потери в меди

.

Потери в стали складываются из потерь на вихревые токи и потерь на гистерезис. Потери на вихревые токи уменьшают, собирая сердечник трансформатора (магнитопровод) из отдельных, изолированных друг от друга, листов трансформа-торной стали. Потери на гистерезис зависят от сорта (марки) стали, применяемой для изготовления сердечника.

Потери в стали определяются из опыта холостого хода трансформатора. Так как ток холостого хода составляет не более 5 % от номинального, то при опыте холостого хода обмотки прогреваются мало и потерями на нагревание можно пренебречь. В этом случае потери в трансформаторе определяются потерями в стали

.

Потери в меди определяются из опыта короткого замыкания. Опыт короткого замыкания производят следующим образом. Вторичная обмотка трансформатора замыкается накоротко, а к первичной подводится такое пониженное напряжение, чтобы в ней установился номинальный ток .

При опыте короткого замыкания пренебрегают потерями в ста­ли, так как они очень малы по сравнению с потерями в меди.